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EP1410060A1 - Verfahren zum passiven bestimmen von zieldaten - Google Patents

Verfahren zum passiven bestimmen von zieldaten

Info

Publication number
EP1410060A1
EP1410060A1 EP02735382A EP02735382A EP1410060A1 EP 1410060 A1 EP1410060 A1 EP 1410060A1 EP 02735382 A EP02735382 A EP 02735382A EP 02735382 A EP02735382 A EP 02735382A EP 1410060 A1 EP1410060 A1 EP 1410060A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
frequency
estimated
bearing angle
measured
target
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP02735382A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1410060B1 (de
Inventor
Hans-Joachim Steiner
Ulrich Steimel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Atlas Elektronik GmbH
Original Assignee
Atlas Elektronik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atlas Elektronik GmbH filed Critical Atlas Elektronik GmbH
Publication of EP1410060A1 publication Critical patent/EP1410060A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1410060B1 publication Critical patent/EP1410060B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
    • G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S3/802—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
    • G01S3/8022—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using the Doppler shift introduced by the relative motion between source and receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves

Definitions

  • the invention relates to a method for the passive determination of target data by directionally selective reception of sound waves of the type mentioned in the preamble of claim 1.
  • a carrier vehicle e.g. a surface ship or submarine
  • position, speed and course of a target e.g. of a surface ship, submarine or torpedo as target data
  • sound waves of the target noise are received with a sonar reception system and bearing angle to the target is measured.
  • bearing angles together with the carrier vehicle's own positions, a position of the target is estimated and an associated estimated bearing angle is calculated.
  • the difference between the measured and the estimated bearing angle is iteratively reduced until an error limit is undershot.
  • the underlying estimated position is recognized as the target position.
  • positions are calculated from estimated xy components for the target and are estimated therefrom Bearing angle determined.
  • the carrier vehicle travels at a constant course for a predetermined period of time and travels a path called self-laying.
  • the respectively measured bearing angles are compared with the estimated bearing angles and a bearing angle difference is formed, at the minimum of which the estimated bearing angle supplies the true bearing angle except for a residual error.
  • the remaining error depends on a predefinable threshold.
  • the initial position or base values which are determined by observing or measuring values from other sensors on board the carrier vehicle, for example shallow-tube observations or radar measurements, are entered. Filter coefficients are determined from these base values, which lead to an improved first estimate of the target position.
  • the received signals of the electroacoustic transducer arrangement for example a horseshoe base or side antenna on board a submarine, are combined as directional signals into group signals Carrier vehicle or a tow antenna towed by a surface ship or a submarine, subjected to a Fourier transformation and the frequency of spectral lines in the frequency spectrum of the group signals determined.
  • the frequency of the spectral line with the greatest level or the frequency spacing of adjacent spectral lines is used as the receiving frequency together with the measured bearing angle of the target data estimate.
  • Target positions are estimated and the bearing direction estimated.
  • a difference in the bearing angle is determined between the measured and estimated bearing angle, and a Doppler shift and a transmission frequency emitted or emitted by the target are estimated from the same estimated target positions and their changes over time.
  • the estimated transmission frequency is frequency-shifted in accordance with the estimated Doppler shift and forms the estimated doubling frequency from which the reception frequency is subtracted.
  • the difference between the received frequency and the estimated Doppler frequency is used as the frequency difference together with the bearing angle difference for the determination of the target data according to the least-square algorithm.
  • the advantage of the method according to the invention according to claim 1 is that the same estimated data of the target, namely the estimated target positions, are used for the estimation of the bearing angle and the double shift.
  • the frequency analysis of the group signal necessary for the determination of the reception frequency is usually carried out in a sonar reception system; it serves, for example, to increase the bearing accuracy or separation of several targets detected at a peek angle or classification of targets and thus does not represent any additional signal processing effort measured reception frequency and the assumption of a normal speed of a watercraft, a possible transmission frequency of the target can be estimated as a starting value m in a simple manner.
  • This transmission frequency is either the frequency of a spectral line in the driving noise of the target or a transmitted transmission signal of the target.
  • the inclusion of the reception frequency in the destination data determination has the advantage that destination data determination without self-maneuvers of the carrier vehicle is possible in a short time. Another advantage is that two targets that travel to the carrier vehicle at the same bearing angle for a longer period of time can be separated, since their reception frequencies differ from one another due to different Doppler shifts. The Doppler shifts show a remarkable difference because the
  • Radial velocity components between the host vehicle and each of the two targets must differ if the bearing angle to both targets does not change.
  • the reception frequency changes depending on the own radial speed component and the radial speed of the target pointing in the same direction. If you know your own speed, you can eliminate your own share of the Doppler shift and only consider the target share.
  • the so-called frequency swing there is a change in the bearing angle over time during travel along the self-lay. The time until target data can be stably estimated is called convergence time. The convergence time is shorter, the greater the frequency swing when driving through a self-laying.
  • the known Lofar analysis is used to determine the reception frequency, as described, for example, in L. kuhnle "Classification and Identification - CAI- by Submarine Sonars", Naval Forces Nov. 1987, p. 27 - 31, is described.
  • it is also useful to estimate target data for very distant targets because of the low attenuation of low-frequency sound waves in the transmission medium and the good concentration of the sound waves, and the accuracy of the bearing angle measurement is high enough due to the small opening angle.
  • the Lofar analysis and the Demon analysis give frequency spectra with several spectral lines, the spectral line with the lowest frequency characterizing the speed of the propeller. If this frequency is not received, the distance between adjacent spectral lines corresponds to this frequency.
  • the frequencies themselves or this frequency spacing can be used as the receiving frequency for determining the target data.
  • the accuracy of the frequency analysis and determination of the reception frequency is directly involved in the accuracy of the target data estimate.
  • a single frequency is used, but the frequencies of several spectral lines are combined and form the reception frequency.
  • the advantage is, in particular, that transmit frequencies and double shifts do not need to be estimated for each frequency, but only a single receive frequency is included in the estimation of the target data. This does not enlarge the estimation algorithm and still optimizes the target data estimation.
  • the advantage of the refinements of the method according to the invention as claimed in claims 5, 6 and 7 is that if one of the spectral lines is omitted, no new reception frequency needs to be calculated, since all frequencies are on one common fictitious spectral frequency of an art spectral line are transformed and these transformed frequency values or their mean value form measured values of the reception frequency. If one of the spectral lines is used as an art spectral line, no frequency transformation has to be carried out for this, on the other hand the estimation is not interrupted when it disappears during a track. Frequency deviations of the frequency values from the fictitious spectra frequency occurring during the transformation are compensated for by the averaging.
  • these frequency deviations are compensated for by a Laest Square Mean method by shifting the transformed frequency values to a selected fictitious spectral frequency. This ensures that all measurements of spectral lines available during the period are used, even if some spectral lines temporarily disappear and no valid measurements are supplied for the spectral lines.
  • the transformation of the frequencies to a fictitious spectral frequency of an art spectral line enables target data to be determined even if only a single spectral line makes a contribution to the fictitious spectral frequency.
  • This signal processing can be used because all spectral lines of a target have experienced the same Doppler shift as a percentage.
  • the starting position of the target is set, for example, taking into account the range of the sonar receiving system under the measured bearing angle.
  • the x-y components estimated in this way are differentiated according to time. In addition, the amount of the estimated x-y components is formed.
  • the product of the x component multiplied by its time derivative plus the product of the y component multiplied by its time derivative is divided by the amount of the xy components multiplied by the speed of sound and forms a quotient function that is equal to the double shift of the estimated transmission frequency of one of the
  • the target is emitted sound wave.
  • the estimated transmission frequency has a transmission frequency error.
  • the estimated Doppler frequency is determined from the difference between the estimated transmission frequency afflicted with the transmission frequency error minus its product with the quotient function.
  • these speed components correspond to a radial speed component, which in turn is the Doppler shift of the transmission frequency of the target causes.
  • the path component errors and speed component errors as well as the transmission frequency error form an error vector.
  • the estimated Doppler frequency is developed into a series of tays based on this error vector, the first term of which is equal to the measured reception frequency and the second term of which is the product of the error vector and frequency coefficient. All other higher order terms are negligibly small.
  • Frequency coefficients are determined by partially differentiating the quotient function according to the error vector.
  • This Taylor series development results in a linear estimation model that specifies the frequency deviation between the measured reception frequency and the estimated doubling frequency as a function of errors in the intrinsic position, path and speed component errors in the x-y coordinates of the target and errors in the transmission frequency.
  • This linear estimation model can be represented in matrix notation.
  • the bearing angle estimate is determined from the estimated xy components of the target by starting from the starting position, the path errors and the speed-dependent path term with speed component errors are added to each xy component.
  • the arctangent of the estimated bearing angle is determined from the estimated xy components by trigonometric linking. Using a Taylor series development of this arctangent function, a linear relationship between the deviation between the measured bearing angle and the estimated bearing angle and the path and
  • Partial coefficients for the series development are determined by partially differentiating this trigonometric function according to the path errors and velocity component errors.
  • the series development is terminated after the first term and provides a partial coefficient matrix, the partial coefficients of which are determined by an adaptive filter, as described, for example, in DE 34 46 658 C2.
  • an error vector which here consists of the path and speed component errors, the desired deviation of the measured bearing angle from the estimated bearing angle is obtained.
  • the advantage of the development of the method according to the invention according to claim 11 is that the error vector considered here is the same as in the estimation of the Doppler frequency, only no transmission frequency error is taken into account here.
  • the frequency difference and bearing angle difference determined via the Taylor series developments are summed up and the minimum of the sum that supplies the target data is iteratively determined.
  • the advantage of the inventive method according to claim 12 is that by averaging the measured and estimated bearing angles do not include systematic bearing errors in the determination of the target data. These systematic bearing errors occur, for example, if the carrier vehicle and the target are not in the same bearing plane, for example the horizontal plane, and the incident sound waves, on the other hand, have an angle, for example an elevation angle. A sound incidence direction is then measured with the sonar receiving system, which corresponds to the projection of the spatial incidence direction onto the DF plane. This systematic bearing error is also included in the estimated bearing angles.
  • the particular advantage of the method according to the invention is that it is immaterial whether this systematic bearing error is caused by an elevation angle or, for example, by compass errors or measurement errors of a navigation system on board the carrier vehicle for determining the own position. It is also advantageous that systematic direction finding errors due to multipath propagation of the sound waves from the target due to reflections on the surface and / or at the bottom of the sea area or from water strata also do not enter into the determination of the target data. Unknown inclinations of the transducer arrangement of the sonar receiving system due to water flows also do not lead to an incorrect determination of the target data, although they do determine the Falsify your own position and cause systematic DF errors when determining the DF angle.
  • a systematic error in the bearing angle determination is eliminated by averaging the partial coefficients and forming the difference from the current partial coefficients.
  • FIG. 1 shows a scenario for the passive determination of target data.
  • an electronic transducer arrangement for example a linear antenna or a trailing antenna, a sonar reception system on board a carrier vehicle, a noise emitted by two targets is received from the same direction of incidence and bearing angle B ⁇ is measured.
  • One target is on course 1, the second target on course 2, which are represented in an xy coordinate system.
  • the carrier vehicle is at origin 0/0 and the targets are at a bearing angle in the direction of the y-axis, which at the same time indicates the north direction N 0 as the reference direction.
  • the carrier vehicle is on a constant course 3 Airspeed, one target on course 1 at speed vi and the other target on course 2 at speed v 2 to the next target positions.
  • the measured bearing angle B ⁇ mess is the same for both target positions and is used for a first estimate of the target data x es tr Yest.
  • FIG. 2 shows the xy coordinate system from FIG. 1 at a time t.
  • the carrier vehicle with the transducer arrangement is in its own position x E , V E , which also forms the origin of the xy coordinate system.
  • the destination is at the Prue position. It left its starting position P 0 at the coordinates xotruer yotrue with the speed v xtrUe , v ytr u e and covered the path components v xtrue • ⁇ t and v ⁇ ⁇ • ⁇ t.
  • the new true position P true of the target leads to the measurement of a bearing angle B mess .
  • the new position Prue is iteratively determined by an estimated position P est and calculation of the associated estimated bearing angle B est by minimizing the deviation between B mess and B es t.
  • the target moves from the coordinate xotrue with a path error ⁇ x 0 to the coordinate R xes t in the x direction at a speed v x and a speed component error ⁇ v x in a time interval ⁇ t.
  • the target has moved from the coordinate yot r ue to the coordinate R y e S t with a path error ⁇ yo and a speed v yest with a speed component error ⁇ v y during the time interval ⁇ t.
  • the estimated bearing angle B est is calculated from this:
  • the true position P tr ue is determined when the error
  • the associated estimated bearing angle B e st is equal to the true bearing angle B ru and is:
  • the target data P (x 0 , y 0 , v x , v y ) are correctly estimated if the error vector is zero:
  • the target position P tr ue is determined except for a residual error, which is determined by a threshold determining the minimum. Then
  • an estimated Doppler frequency makes it possible to estimate the position without self-maneuvers by simultaneously minimizing a frequency difference between the measured reception frequency and the estimated Doppler frequency, taking into account the bearing angle estimate according to I.
  • This radial speed component V R takes into account the correct added radial speed components of the target V RZ and the carrier vehicle V RE
  • V R V RE - V RZ (d) Because of the radial speed component V R , a transmission frequency F str ue contained and emitted in the transmission signal or in the noise of the target is frequency shifted and a Doppler-afflicted transmission frequency is received as reception frequency F trU e, as described in chapter 7.4 "The Doppler Effect ", page 334, 335 in the " Textbook " ' Experimentalphysik ⁇ ", 2nd part, ' Edgar Lüscher, University pocketbook, bibliographisches Institut, Mannheim. 1967, applies to the Doppler frequency:
  • the reception frequency depends on a quotient function that is proportional to the radial speed component V R :
  • the radial speed component V R is dependent on the speed components in the x and y directions v x and v y and on the bearing angle B tr u e :
  • Rtru ( R xest ⁇ R ⁇ ) 2 ( R yest ⁇ ⁇ y ⁇ ⁇ ⁇ is there
  • Equations (e), (f), (g), (h) and (i) are now used in equation (c) for the radial velocity component V R , and the quotient function is obtained for the Doppler shift
  • the transmission frequency F s emitted by the target is estimated with an error ⁇ F S.
  • F ⁇ sest F c strue + ⁇ ⁇ L ⁇ F i - s
  • the Doppler frequency F true is estimated as an error with an error difference ⁇ F.
  • the error vector ⁇ P is to be expanded by a further error term ⁇ F S for the estimation of the transmission frequency F sest :
  • ⁇ P ( ⁇ x 0 , ⁇ y 0 , ⁇ v x , ⁇ v y , ⁇ F C ) (XXV)
  • Equation XXVII Equation XXVII is used in equation XXVI and the following is obtained for the estimated Doppler frequency:
  • the estimated bearing angle Bi es t is equal to the measured bearing angle Bi meSs if the error vector ⁇ P is zero.
  • the partial coefficients h "in equation V are determined by partial differentiation of the estimated bearing angle Bi es t according to IV according to the path errors and
  • Velocity component errors of the error vector ⁇ P ( ⁇ x 0 , ⁇ y 0 , ⁇ v x , ⁇ v y ) determines:
  • the estimation equation for the target data is formed using equations VII and IXXX. With each measurement and estimation of the bearing angle i Bi measured, B t ies and measurement of the received frequency F imeas and estimation of Doppierfrequenz F iest is iteratively over 1 measurements and estimates determined the Minimum:
  • Each reception frequency F z ⁇ , F 2 , F z3 , F z4 is composed of a target component and an own component due to the relative, radial speed component V R of the carrier vehicle and target. The frequency swing during the approach and departure of the target is dependent on the measured bearing angle B mess at constant speed of each target.
  • the Doppler shift of the transmission frequency F s and thus the frequency deviation of the reception frequency F z ⁇ is 3 Hz and the pass time of the CPA is 7 min. the smallest.
  • the Doppler shift and the frequency swing of the reception frequency F z4 are greatest, since the fourth target is the receiving transducer assembly approaches on a collision course.
  • the frequency swing corresponds to the quotient function Q according to equations XXI and XXII or the relative, radial speed component V R between the target and the carrier vehicle.
  • the estimation equation XXX is based on the bearing angle Bi mess and the receiving frequencies Fi mess measured in each time interval ⁇ t and from this the bearing, distance, speed and course of the target are determined iteratively as target data.
  • FIG. 4a shows that the bearing errors are within an error hose of + 0.5 ° during the entire journey.
  • the relative distance error ⁇ R /% over time is shown in Fig. 4b.
  • the estimate of the distance R converges after 15 min. and shows an average of 20 Monte Carlo runs after 20 min. a spread of less than + 10% without any maneuver.
  • the speed error is shown in Fig. 4c, it is after 17.5 min. at a target speed of 11.3 m / s. in a fault hose of + 1 m / s.
  • a falsification of the measurement of the bearing angle Bimess by a systematic bearing error ⁇ is eliminated by including the averaging of the measured and estimated bearing angles while the carrier vehicle is traveling at a constant course and constant speed along a so-called self-lay.
  • This systematic bearing error ⁇ occurs, for example, when the reference direction No r z. B. does not point exactly in the north direction No due to incorrect position determination of the transducer arrangement, as shown in FIG. 2.
  • the systematic DF error ⁇ can be caused by errors in the compass display, by sound incidence at an angle to the DF plane, or when using a trailing antenna by water currents or flow influences of the propeller of the towing carrier vehicle.
  • the bearing angle B mßS s is now measured against the faulty north direction N 0 'and is too large by the bearing error ⁇ .
  • a bearing angle mean value is formed using 1 measurements of the bearing angle Bi me s s , which are measured at intervals of the time interval ⁇ ti.
  • the estimated difference value F is converted into a Taylor series around the
  • Error vector ⁇ Pi ( ⁇ x 0 , ⁇ y 0 , ⁇ v x , ⁇ v y ) developed and terminated after the second term:
  • the coefficients ⁇ k consist of the partial coefficients h and the associated one
  • the first self-maneuver Ml is characterized in that the bearing error has jumped from -1.2 ° to + 1.2 ° after the maneuver has been completed and the second self-laying has been completed.
  • the bearing error jumps to approx. -1.2 ° and remains unchanged during the measurements along the next self-leg.
  • the maneuvers Ml, M2, ... M5 are each indicated by vertical lines in the upper area of the error plot and numbered. After 15 minutes and three maneuvers, distance errors ⁇ R /% according to Fig. 5b, speed error ⁇ v / m / s according to FIG. 5c and course error K that according to FIG. 5d within a common fault hose.
  • Fig. 6 shows a block diagram of a sonar receiving system for determining the target data P with an adaptive filter arrangement for evaluating measured bearing angles Bi meS ⁇ and reception frequencies Fi meS s.
  • Received signals from a converter arrangement 10 are combined in a directional generator 11 by delay or phase compensation to form group signals and a target is detected at a bearing angle Bi mes s with a measuring circuit 12.
  • the measuring circuit 12 is controlled by a control circuit 13 at intervals of time intervals ⁇ ti. The entire signal processing takes place at intervals of the time intervals ⁇ ti.
  • Velocity components V X and Vi Y in the x and y directions as well as an error vector ⁇ P 0 ( ⁇ x0 , ⁇ y0 , ⁇ vx , ⁇ vy , ⁇ F S ) from an estimating arrangement 20.
  • the estimating circuit 15 corresponds to the Estimation equations (A) and (B) displacement components R X i es t, Ryiest and displacement errors ⁇ R xi , ⁇ R y ⁇ estimated.
  • An estimated bearing angle Biest is calculated from these estimated values in an arctangent circuit 21 in accordance with equation I.
  • a bearing angle difference circuit 23 which is arranged downstream of the estimation circuit 15, the partial coefficients h “dependent on the estimated path components R X ies tr Ryiest and their errors ⁇ R x , ⁇ R y are calculated according to equations (1), (2), (3), ( 4), as well as their mean values h, in order to calculate the coefficients ⁇ k according to equations (5), (6), (7), (8) and combine them into bearing angle differences according to the estimation equations VII and VIII:
  • the group signals at the output of the direction generator 11 are analyzed in a frequency analysis circuit 24.
  • the received frequency determined is fed to a frequency difference circuit 25, which is arranged downstream of the estimation circuit 15.
  • the outputs of the bearing angle difference circuit 23 and the frequency difference circuit 25 are with a
  • Iteration circuit 30 connected in iteratively the minimum of the sum of the bearing angle difference and frequency difference or their squared difference values in accordance with the estimation equations
  • the estimated bearing angle B est is equal to the true bearing angle B true and the estimated displacement and speed components R xes t, Ryes v xes t, v yes t are equal to the true displacement and speed components Rytrue, ytruer v xtr uer v ytr ue and the estimated Doppler frequency Fi es t equals the true Doppler frequency F true - the threshold circuit 31 used for this is connected downstream of the iteration circuit 30 and controls the estimation arrangement 20. Falls below the threshold .DELTA.P m i n the target data P are displayed in a display 100th
  • the reception frequency F zl 1003.8 Hz and after 15 min 996.3 Hz.
  • the trailing antenna begins to rotate due to the self-maneuver Ml and the reception frequency F zl rises again to 998 Hz.
  • the reception frequency F z ⁇ decreases again over time t.
  • the target data determined with the method according to the invention taking into account the time course of the reception frequency F zi according to FIG. 7, can be seen from the diagrams in FIG.
  • the self-maneuver is carried out after 15 minutes.
  • 8a shows that after only 3 minutes the course of the target, the is between 28 ° and 34 °, is estimated to be stable.
  • 8b shows the distance R to the target estimated using the method according to the invention, which also converges after less than 2.5 min. It can be seen that the distance R decreases within the first minutes and the CPA is reached after 7.5 minutes. Then the distance R to the target increases again.
  • a filter length of 30 min was used to determine the target data in FIG. 8, ie measured bearing angles Bimess and reception frequencies Fi mess which are older than 30 min were no longer used.
  • the target data plots in FIG. 8 show, however, that by using frequency information, the target data can be reliably estimated in less than 5 minutes, so that one can also work with a filter length or time period of, for example, 5 minutes. This has the advantage in target maneuvers that the target data can be reliably estimated 5 minutes after the target maneuver without operator intervention.
  • the group signals of the noise received with the transducer arrangement 10 are analyzed in the frequency analysis circuit 24.
  • a Lofargram is created in which low-frequency spectral lines of the received noise are recognized and their frequencies Fi are determined.
  • a side antenna a so-called flank array, to perform a demon analysis of the directional characteristic signals at the output of the directional generator 11, in which the received noise is demodulated after bandpass filtering.
  • the modulating frequency is analyzed and provides spectral lines at the same frequencies as the Lofargram. This spectrum with the fundamental frequency and its harmonics is caused by the speed of the propeller driving the watercraft.
  • Fig. 9 shows their temporal course.
  • Fig. 9 shows in addition to the measured frequencies fu and F 2 i, the transformed frequencies F and F kl 2 over the time t, which have an offset of about 2, '7 Hz as a deviation with each other.
  • the transformed frequencies F k2 are shifted by the mean deviation in the direction of the transformed frequency F k i or vice versa.
  • the result is shown in FIG. 10.
  • the course of the spectral frequency Fk is fed as the receiving frequency imess to the target data analysis.
  • FIG. 11a shows the bearing angle B over the time t / min.
  • the first distance estimates to the target are stable by the first maneuver Ml after 8 minutes, as shown in FIG. 11b.
  • the distance R between carrier vehicle with transducer arrangement and the target is 7 km after 5 minutes.
  • 11c shows the speed v / m / s of the target over the time t, which also assumes stable values from 3m / s to 5m / s after 3 min. Only the course cannot be clearly determined at this time, as Fig. Lld shows. But even before the first maneuver Ml is driven, the course is after 7 min. sure appreciated. After 8 min. introduces the carrier vehicle
  • Speed maneuver M2 does not disturb the target data estimate, but confirms the previous values.
  • the maneuver M2 has ended after 4 minutes. Due to changes in the radial speed component V R, this speed maneuver M2 leads to a change in the double shift and thus in the reception frequency F mess . This change has no negative impact on the target data analysis.
  • V R Due to changes in the radial speed component V R, this speed maneuver M2 leads to a change in the double shift and thus in the reception frequency F mess . This change has no negative impact on the target data analysis.
  • This change has no negative impact on the target data analysis. The second too
  • Speed maneuver M2 after 19 min. does not lead to a loss of target data determination.
  • the host vehicle performs a course maneuver, i. H. the vehicle-related bearing angle to the target changes and the bearing angle change is very large.
  • a stable estimate of the bearing angle is not possible, as can be seen from the gap in the curve in FIG. 11a.
  • maneuver M3 has ended, a stable estimate of the bearing angle is again available from 32.5 min.
  • This course maneuver M3 does not interfere with the course determination k of the target according to FIG. 11d, the distance estimate R according to FIG. 11b, nor with the speed determination according to FIG. 11c.
  • the target data plots according to FIG. 11 clearly show that the first target data estimates without self-maneuvers in a convergence time of less than 7 minutes. are achieved and that speed and course maneuvers from the carrier vehicle do not extend the convergence time of the target data estimate.

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Description

VERFAHREN ZUM PASSIVEN BESTIMMEN VON ZIELDATEN
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum passiven Bestimmen von Zieldaten durch richtungsselektiven Empfang von Schallwellen der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Um ohne Eigenverrat von einem Trägerfahrzeug, z.B. einem Oberflächenschiff oder U-Boot, Position, Geschwindigkeit und Kurs eines Ziels, z.B. eines Oberflächenschiffs, U-Boots oder Torpedos als Zieldaten zu bestimmen, werden mit einer Sonar- Empfangsanlage Schallwellen des Zielgeräusches empfangen und Peilwinkel zum Ziel gemessen. Aus diesen Peilwinkein wird zusammen mit den Eigenpositionen des Trägerfahrzeugs eine Position des Ziels geschätzt und ein zugehöriger geschätzter Peilwinkei berechnet. Iterativ wird die Differenz zwischen dem gemessenen und dem geschätzten Peilwinkel solange verkleinert, bis eine Fehlergrenze unterschritten ist. Die zugrundeliegende geschätzte Position wird als Zieiposition erkannt.
Ausgehend von einer Anfangsposition des Ziels, die z.B. willkürlich als Startposition auf einem ersten Peilstrahl gewählt wird oder durch andere an Bord befindliche Sensoren bekannt ist, werden Positionen aus geschätzten x-y- Ko ponenten für das Ziel berechnet und daraus geschätzte Peilwinkel bestimmt. Das Trägerfahrzeug fährt für die Peilwinkelmessungen mit konstantem Kurs während einer vorgegebenen Zeitdauer und legt einen Weg zurück, der Eigenleg genannt wird. Die jeweils gemessenen Peilwinkel werden mit den geschätzten Peilwinkeln verglichen und eine Peilwinkeidifferenz gebildet, bei deren Minimum der geschätzte Peilwinkel den wahren Peilwinkel bis auf einen Restfehler liefert. Der Restfehler ist abhängig von einer vorgebbaren Schwelle. Eine solche Filteranordnung ist beispielsweise in der DE 34 46 658 C2 beschrieben. Die Iterationszeit dieser Filteranordnung wird maßgeblich durch zusätzliche Eingaben bestimmt. Beispielsweise wird die Anfangsposition oder Stützwerte, die durch Beobachtung oder Meßwerte anderer Sensoren an Bord des Trägerfahrzeugs ermittelt werden, z.B. Seerohrbeobachtungen oder Radarmessungen eingegeben. Aus diesen Stützwerten werden Filterkoeffizienten ermittelt, die zu einer verbesserten ersten Schätzung der Zieiposition führen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, bei dem ohne Eigenmanöver und ohne Meßwerteingaben anderer Sensoren an Bord des Trägerfahrzeugs eine sichere und den taktischen Anforderungen zeitlich angepaßte Bestimmung der Zieldaten möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.
Nach einer Zieldetektion werden die richtungsselektiv zu Gruppensignalen zusammengefaßten Empfangssignale der elektroakustischen Wandleranordnung, beispielsweise einer Hufeisenbasis oder Seitenantenne an Bord eines U-Boots als Trägerfahrzeug oder einer von einem Oberflächenschiff oder einem U-Boot nachgeschleppten Schleppantenne, einer Fourier- Transformation unterworfen und die Frequenz von Spektrallinien im Frequenzspektrum der Gruppensignale bestimmt. Die Frequenz der Spektrallinie mit dem größten Pegel oder der Frequenzabstand benachbarter Spektrallinien wird als Empfangsfrequenz zusammen mit dem gemessenen Peilwinkel der Zieldatenschätzung zugrundegelegt. Es werden Zielpositionen geschätzt und dazu geschätzte Peilwinkel ermittelt. Zwischen dem gemessenen und geschätzten Peilwinkel wird eine Peilwinkeldifferenz bestimmt außerdem wird aus den gleichen geschätzten Zielpositionen und ihren zeitlichen Änderungen eine Dopplerverschiebung und eine vom Ziel abgestrahlte oder ausgesendete Sendefrequenz geschätzt. Die geschätzte Sendefrequenz wird entsprechend der geschätzten Dopplerverschiebung frequenzverschoben und bildet die geschätzte Doppierfrequenz von der die Empfangsfrequenz abgezogen wird. Der Unterschied zwischen Empfangsfrequenz und geschätzter Dopplerfrequenz wird als Frequenzdifferenz zusammen mit der Peilwinkeldifferenz für die Bestimmung der Zieldaten nach dem Least-Square-Algorithmus verwendet.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 1 besteht darin, daß für die Schätzung des Peilwinkels und der Doppierverschiebung die gleichen Schätzdaten des Ziels, nämlich die geschätzten Zielpositionen verwendet werden. Die für die Ermittlung der Empfangsfrequenz notwendige Frequenzanalyse des Gruppensignals wird üblicherweise in einer Sonar-Empfangsanlage durchgeführt, sie dient beispielsweise der Erhöhung der Peilgenauigkeit oder Zieϊtrennung mehrerer unter einem Peiϊwinkei detektierter Ziele oder Klassifizierung von Zielen und stellt somit keinen zusätzlichen Signalverarbeitungsaufwand dar. Aus der gemessenen Empfangsfrequenz und der Annahme einer üblichen Fahrgeschwindigkeit eines Wasserfahrzeugs ist eine mögliche Sendefrequenz des Ziels als Anfangswert m einfacher Weise zu schätzen. Diese Sendefrequenz ist entweder die Frequenz einer Spektrallinie im Fahrgeräusch des Ziels oder einen ausgesendeten Sendesignals des Ziels. Durch die Einbeziehung der Empfangsfrequenz in die Zieldatenbestimmung ist der Vorteil gegeben, daß eine Zieldatenbestimmung ohne Eigenmanöver des Trägerfahrzeugs in kurzer Zeit möglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß zwei Ziele, die längere Zeit unter dem gleichen Peilwinkel zum Trägerfahrzeug fahren, getrennt werden können, da ihre Empfangsfrequenzen aufgrund unterschiedlicher Dopplerverschiebungen voneinander abweichen. Die Dopplerverschiebungen weisen einen bemerkenswerten Unterschied auf, weil die
Radialgeschwindigkeitskomponenten zwischen Trägerfahrzeug und jedem der beiden Ziele sich unterscheiden müssen, wenn sich der Peilwinkel zu beiden Zielen nicht ändert.
Bewegt sich das Trägerfahrzeug mit konstanter Geschwindigkeit auf einem sog. Eigenleg, mit konstantem Kurs, so ändert sich die Empfangsfrequenz abhängig von der eigenen radialen Geschwindigkeitskomponente und der in gleiche Richtung weisenden radialen Geschwindigkeit des Ziels. Bei Kenntnis der eigenen Geschwindigkeit kann der Eigenanteil an der Dopplerverschiebung eliminiert werden und einzig und allein der Zielanteil betrachtet werden. Abgesehen von der Frequenzänderung über der Zeit, dem sog. Frequenzhub, findet während der Fahrt längs des Eigenleg eine Peilwinkeländerung über der Zeit statt. Die Zeit, bis Zieldaten stabil geschätzt werden können, nennt man Konvergenzzeit. Die Konvergenzzeit ist um so kürzer, je größer der Frequenzhub beim Durchfahren eines Eigenlegs ist. Versuche mit Meßdaten an Bord eines U- Boots haben gezeigt, daß bei einer Fahrt ohne Eigenmanövern und einem Frequenzhub von wenigen Hertz eine stabile Schätzung des Kurses, der Entfernung und der Geschwindigkeit des Ziels nach weniger als 10 min. erreicht wurde. Dabei betrug die Geschwindigkeit des Ziels 10 kn, die Geschwindigkeit des Trägerfahrzeugs 6 kn, die Anfangsentfernung zwischen Trägerfahrzeug und Ziel 6 km und der Peilwinkel zu Beginn der Messung -45°. Bei einer Schätzung der Zieldaten allein unter Berücksichtigung des Peilwinkels wäre eine Konvergenz nicht erzielbar. Durch die zusätzliche Messung der Empfangsfrequenz und Schätzen einer dopplerverschobenen Sendefrequenz ist eine Zieldatenschätzung möglich und in kurzer Zeit zu erreichen.
In der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 2 wird zum Bestimmen der Empfangsfrequenz die bekannte Lofar-Analyse eingesetzt, wie sie beispielsweise in L. Kühnle "Classification and Identification - CAI- by Submarine Sonars", Naval Forces Nov. 1987, S. 27 - 31, beschrieben ist. Bei Empfang mit einer Schleppantenne, ist auch eine Schätzung von Zieldaten sehr weit entfernter Ziele wegen der geringen Dämpfung tieffrequenter Schallwellen im Übertragungsmedium und der guten Bündelung der Schallwellen sinnvoll und die Genauigkeit der Messung des Peilwinkels wegen des geringen Öffnungswinkels groß genug.
Steht keine Schleppantenne als elektroakustische Wandleranordnung zur Verfügung, ist es vorteilhaft, die Lofar-Analyse bei Empfang mit einer Seitenantenne, einem sog. Flank-Array, und eine Demon-Analyse bei Empfang mit einer Hufeisenbasis, einem sog. Conformal Array, vorzunehmen, bei der das empfangene Geräusch nach einer Bandpaßfilterung demoduliert wird und Frequenzen von Spektrallinien des demodulierten Signals bestimmt werden. Diese Frequenzen liegen im gleichen Frequenzband wie die über die Lofar- Analyse bestimmten Spektrallinien und werden durch Propellerdrehzahl und Propellerblattzahl verursacht, wie es in dem Artikel Navalforces usw. beschrieben ist.
Bei der Lofar-Analyse und der Demon-Analyse erhält man Frequenzspektren mit mehreren Spektrallinien, wobei die Spektrallinie mit der tiefsten Frequenz die Drehzahl des Propellers kennzeichnet. Falls diese Frequenz nicht empfangen wird, entspricht der Abstand benachbarter Spektrallinien dieser Frequenz. Für die Ermittlung der Zieidaten sind die Frequenzen selbst oder dieser Frequenzabstand als Empfangsfrequenz verwendbar.
Die Genauigkeit der Frequenzanalyse und Bestimmung der Empfangsfrequenz geht unmittelbar in die Genauigkeit der Zieldatenschätzung ein. Gemäß der Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 4, wird nicht eine einzige Frequenz verwendet, sondern die Frequenzen mehrerer Spektrallinien werden zusammengefaßt und bilden die Empfangsfrequenz. Der Vorteil besteht insbesondere darin, daß nicht für jede Frequenz einzeln Sendefrequenzen und Doppierverschiebungen geschätzt zu werden brauchen, sondern nur eine einzige Empfangsfrequenz in die Schätzung der Zieldaten eingeht. Dadurch wird der Schätzalgorithmus nicht vergrößert und trotzdem die Zieldatenschätzung optimiert.
Der Vorteil der Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 5, 6 und 7 besteht darin, daß bei Wegfall einer der Spektrallinien keine neue Empfangsfrequenz berechnet zu werden braucht, da sämtliche Frequenzen auf eine gemeinsame fiktive Spektralfrequenz einer Kunstspektrallinie transformiert werden und diese transformierten Frequenzwerte oder ihr Mittelwert Meßwerte der Empfangsfrequenz bilden. Verwendet man eine der Spektrallinien als Kunstspektrallinie, so muß hierfür keine Frequenztransformation durchgeführt werden, andererseits ist bei ihrem Verschwinden während eines Tracks die Schätzung nicht unterbrochen. Bei der Transformation auftretende Frequenzabweichungen der Frequenzwerte von der fiktiven Spektraifrequenz werden durch die Mittelwertbildung ausgeglichen.
Nach der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 8 werden diese Freuqenzabweichungen durch ein Laest-Square-Mean-Verfahren ausgeglichen, indem die transformierten Frequenzwerte auf eine ausgewählte fiktive Spektralfrequenz verschoben werden. Dadurch wird erreicht, daß sämtliche während der Zeitdauer zur Verfügung stehenden Messungen von Spektrallinien genutzt werden, auch wenn einige Spektrallinien zeitweise verschwinden und für die Spektrallinien keine gültigen Messungen geliefert werden. Durch die Transformation der Frequenzen auf eine fiktive Spektralfrequenz einer Kunstspektrallinie ist auch dann eine Zieldatenermittiung möglich, wenn nur eine einzige Spektrallinie einen Beitrag für die fiktive Spektralfrequenz liefert. Diese Signalverarbeitung ist einsetzbar, da alle Spektrallinien eines Ziels prozentual die gleiche Dopplerverschiebung erfahren haben. Durch die Transformation der einzelnen Spektrallinien auf eine gleiche Kunstspektrallinie mit einer fiktiven Spektralfrequenz werden alle während des Tracks auftretenden Unregelmäßigkeiten bei der Frequenzmessung ausgeglichen. Zur Schätzung der Dopplerfrequenz wird gemäß der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 9 eine Quotientenfunktion aus geschätzten x-y- Komponenten der angenommenen Zielposition bestimmt. Diese mit Fehlern behafteten x-y-Komponenten werden aus einer Anfangsposition des Ziels zuzüglich einem geschwindigkeitsabhängigen Wegterm mit
Geschwindigkeitskomponentenfehlern und Wegkomponentenfehlern ermittelt. Die Anfangsposition des Ziels wird beispielsweise unter Berücksichtigung der Reichweite der Sonar- Empfangsanlage unter dem gemessenen Peilwinkel angesetzt. Die so geschätzten x-y-Komponenten werden nach der Zeit differenziert. Außerdem wird der Betrag der geschätzten x-y- Komponenten gebildet .
Das Produkt der x-Komponente multipliziert mit ihrer zeitlichen Ableitung zuzüglich dem Produkt der y-Komponente multipliziert mit ihrer zeitlichen Ableitung wird durch den mit der Schallgeschwindigkeit multiplizierten Betrag der x-y- Komponten geteilt und bildet eine Quotientenfunktion, die gleich der Doppierverschiebung der geschätzten Sendefrequenz einer vom Ziel abgestrahlten Schallwelle ist. Die geschätzte Sendefrequenz weist einen Sendefrequenzfehler auf. Die geschätzte Dopplerfrequenz wird aus der Differenz der mit dem Sendefrequenzfehler behafteten geschätzten Sendefrequenz abzüglich ihrem Produkt mit der Quotientenfunktion bestimmt. Der Vorteil der 2ielschätzung nach Anspruch 9 besteht darin, daß bei der Minimierung der Frequenzdifferenz der Empfangsfrequenz von der geschätzten Dopplerfrequenz die aus möglichen Geschwindigkeitskomponenten geschätzte Zielposition zugrunde gelegt wird. Diese Geschwindigkeitskomponenten entsprechen unter Berücksichtigung der Peilung zum Ziel einer radialen Geschwindigkeitskomponente, die ihrerseits die Dopplerverschiebung der Sendefrequenz des Ziels bewirkt. Durch die Bestimmung und Hinzuziehung der Empfangsfrequenz bestehen die drei entscheidenden Vorteile, nämlich die Möglichkeiten, eine erste Zielposition ohne Eigenmanöver zu bestimmen, mehrere Ziele und ihre Zieldaten unter der gleichen Peilung zu trennen und zu bestimmen sowie Konvergenzzeiten für die Zielpositionsschätzungen zu verkürzen.
Die Wegkomponentenfehler und Geschwindigkeitskomponentenfehler sowie der Sendefrequenzfehler bilden einen Fehlervektor. Nach der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 10 wird die geschätzte Dopplerfrequenz in eine Tayiorreihe nach diesem Fehlervektor entwickelt, deren erstes Glied gleich der gemessenen Empfangsfrequenz ist und deren zweites Glied gleich dem Produkt aus Fehlervektor und Frequenzkoeffizienten ist. Alle weiteren Glieder höherer Ordnung sind vernachlässigbar klein. Die
Frequenzkoeffizienten werden durch partielle Differentiation der Quotientenfunktion nach dem Fehlervektor bestimmt. Durch diese Taylorreihenentwicklung ergibt sich ein lineares Schätzmodell, das die Frequenzabweichung zwischen gemessener Empfangsfrequenz und geschätzter Doppierfrequenz in Abhängigkeit von Fehlern der Eigenposition, Weg- und Geschwindigkeitskomponentenfehlern der x-y-Koordinaten des Ziels und Fehlern der Sendefrequenz angibt. Dieses lineare Schätzmodell kann in Matrizen-Schreibweise dargestellt werden.
Gemäß der vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 11 wird die Peilwinkelschätzung aus den geschätzten x-y-Komponten des Ziels bestimmt, indem ausgehend von der Anfangsposition zu jeder x-y-Komponente der Wegfehler und der geschwindigkeitsabhängiger Wegterm mit Geschwindigkeitskomponentenfehlern addiert werden. Aus den geschätzten x-y-Komponenten wird durch trigonometrische Verknüpfung der Arcustangens des geschätzten Peilwinkels ermittelt. Über eine Taylorreihenentwicklung dieser Arcustangensfunktion wird ein linearer Zusammenhang zwischen der Abweichung zwischen gemessenem Peilwinkel und geschätztem Peilwinkel und den Weg- und
Geschwindigkeitskomponentenfehlern hergestellt . Teilkoeffizienten für die Reihenentwicklung werden durch partielle Differentiation dieser trigonometrischen Funktion nach den Wegfehlern und Geschwindigkeitskomponentenfehlern ermittelt. Die Reihenentwicklung wird nach dem ersten Glied abgebrochen und liefert eine Teilkoeffizienten-Matrix, deren Teilkoeffizienten durch ein adaptives Filter ermittelt werden, wie es beispielsweise in DE 34 46 658 C2 beschrieben ist. Durch Multiplikation mit einem Fehlervektor, der hier aus den Weg- und Geschwindigkeitskomponentenfehlern besteht, erhält man die gesuchte Abweichung des gemessenen Peilwinkels vom geschätzten Peilwinkel.
Der Vorteil der Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 11 besteht darin, daß der hier betrachtete Fehlervektor der gleiche wie bei der Schätzung der Dopplerfrequenz ist, nur wird hier kein Sendefrequenzfehler berücksichtigt. Die über die Taylorreihenentwicklungen ermittelte Frequenzdifferenz und Peilwinkeldifferenz werden summiert und das Minimum der Summe iterativ bestimmt, das die Zieldaten liefert.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 12 besteht darin, daß durch eine Mittelwertbildung der gemessenen und geschätzten Peilwinkel systematische Peilfehler nicht in die Bestimmung der Zieldaten eingehen. Diese systematischen Peilfehler treten beispielsweise auf, wenn Trägerfahrzeug und Ziel sich nicht in der gleichen Peilebene, z.B. der Horizontalebene, befinden und die einfallenden Schallwellen dagegen einen Winkel, z.B. Elevationswinkel, aufweisen. Mit der Sonar-Empfangsanlage wird dann eine Schalleinfallsrichtung gemessen, die der Projektion der räumlichen Einfallsrichtung auf die Peilebene entspricht. Dieser systematische Peilfehler ist auch in den geschätzten Peilwinkeln enthalten. Indem jeweils der Peilwinkel-Mittelwert und der Schätzwinkel-Mittelwert gebildet werden und von den jeweiligen gemessenen und geschätzten Peilwinkeln abgezogen werden, wird auch dieser systematische Peilfehler von jedem gemessenen und geschätzten Peilwinkel abgezogen, so daß bei der Suche des Minimums der quadratischen Abweichungen der systematische Peilfehler nahezu nicht mehr beteiligt ist.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens nach Anspruch 12 besteht darin, daß es gleichgültig ist, ob dieser systematische Peilfehler durch einen Elevationswinkel hervorgerufen wird oder beispielsweise durch Kompaßfehler oder Meßfehler einer an Bord des Trägerfahrzeugs befindlichen Navigationsanlage zum Bestimmen der Eigenposition. Weiterhin von Vorteil ist es, daß systematische Peilfehler durch Mehrwegeausbreitung der Schallwellen vom Ziel aufgrund von Reflexionen an der Oberfläche und/oder am Boden des Meeresgebiets oder an Wasserschichtungen ebenfalls nicht in die Bestimmung der Zieldaten eingehen. Unbekannte Schräglagen der Wandleranordnung der Sonar-Empfangsanlage durch Wasserströmungen führen ebenfalls nicht zu einer fehlerhaften Bestimmung der Zieldaten, obwohl sie die Bestimmung der Eigenposition verfälschen und systematische Peilfehler bei der Bestimmung des Peilwinkels hervorrufen. Diese verbesserte Bestimmung der Zielposition ist auch dann gewährleistet, wenn ein systematischer Peilfehler nicht ständig auftritt. Bei der Ermittlung der Koeffizienten-Matrix wird nun eine Arcustangensfunktion und der Mittelwert der Arcustangensfunktion zugrundegelegt, wobei jeder Koeffizient aus dem Teilkoeffizienten und seinem Mittelwert besteht. Durch Multiplikation mit dem Fehlervektor erhält man die gesuchte Abweichung der Differenz aus gemessenem Peilwinkel abzüglich seinem Peilwinkel-Mittelwert und geschätzten Peilwinkel abzüglich seinem Schätzwinkel-Mittelwert, die keinen systematischen Fehler mehr aufweist.
Durch die Mittelwertbildung der Teilkoeffizienten und die Differenzbildung zu den aktuellen Teilkoeffizienten wird ein systematischer Fehler bei der Peilwinkelbestimmung eliminiert.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum passiven Bestimmen von Zieldaten mit einer Sonar-Empfangsanlage näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Szenario für die Bestimmung von Zieldaten,
Fig. 2 ein x-y-Koordinatensystem mit Zieldaten,
Fig. 3 ein Frequenzdiagramm,
Fig. 4 Fehlerplots für eine Zieldatenbestimmung ohne Manöver, Fig. 5 Fehlerplots, für eine Zieldatenbestimmung bei vorhandenem systematischen Peilfehler,
Fig. 6 ein Blockschaltbild,
Fig. 7 zeitlicher Verlauf einer in See gemessenen Empfangsfrequenz,
Fig. 8 a-d Zieldatenplots, basierend auf Meßdaten mit einer Schleppantenne,
Fig. 9 Frequenzen von gemessenen Spektrallinien und Fig. 10 und einer Kunstspektrallinie über der Zeit,
Fig. 11 Zieldatenplots, basierend auf Meßdaten einer Schleppantenne mit Eigenmanövern.
Fig. 1 zeigt ein Szenario für die passive Bestimmung von Zieldaten. Mit einer elektronischen Wandleranordnung, z.B. einer Linearantenne oder einer Schleppantenne, einer Sonar- Empfangsanlage an Bord eines Trägerfahrzeugs wird ein von zwei Zielen abgestrahltes Geräusch aus der gleichen Einfallsrichtung empfangen und Peilwinkel B± gemessen. Das eine Ziel befindet sich auf einem Kurs 1, das zweite Ziel auf einem Kurs 2, die in einem x-y-Koordinatensystem dargestellt sind. Zur Zeit t0 befindet sich das Trägerfahrzeug im Ursprung 0/0 und die Ziele unter einem Peilwinkel in Richtung der y-Achse, die gleichzeitig die Nordrichtung N0 als Bezugsrichtung angibt. Zum Zeitpunkt tx ist das Trägerfahrzeug auf seinem Kurs 3 mit konstanter Eigengeschwindigkeit, das eine Ziel auf seinem Kurs 1 mit einer Geschwindigkeit vi und das andere Ziel auf seinem Kurs 2 mit der Geschwindigkeit v2 zu den nächsten Zielpositionen gefahren. Der gemessene Peilwinkel Bιmess zu beiden Zielpositionen ist gleich und wird für eine erste Schätzung der Zieldaten xestr Yest verwendet.
Fig. 2 zeigt das x-y-Koordinatensystem aus Fig. 1 zu einem Zeitpunkt t. Das Trägerfahrzeug mit der Wandleranordnung befindet sich in der Eigenposition xE, VE, die zugleich den Ursprung des x-y-Koordinatensystems bildet. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Ziel an der Position Prue. Es hat seine Anfangsposition P0 bei den Koordinaten xotruer yotrue mit der Geschwindigkeit vxtrUe, vytrue verlassen und die Wegkomponenten vxtrue • Δt und v^^ • Δt zurückgelegt. Die neue wahre Position Ptrue des Ziels führt zu der Messung eines Peilwinkels Bmess. Die neue Position Prue wird durch eine geschätzte Position Pest und Berechnen des zugehörigen geschätzten Peilwinkels Best iterativ durch Minimieren der Abweichung zwischen Bmess und Best bestimmt.
Es wird angenommen, daß sich das Ziel von der Koordinate xotrue mit einem Wegfehler Δx0 zur Koordinate Rxest in x- Richtung mit einer Geschwindigkeit vx und einem Geschwindigkeitskomponentenfehler Δvx in einem Zeitintervall Δt bewegt. In y-Richtung hat sich das Ziel während des Zeitintervalls Δt von der Koordinate yotrue zur Koordinate RyeSt mit einem Wegfehler Δyo und einer Geschwindigkeit vyest mit einem Geschwindigkeitskomponentenfehler Δvy bewegt. Die Koordinaten des Ziels werden geschätzt zu: Rx est = xo truβ + x • Δt + (Δx0 + Δvx • Δt) = Rx true + ΔRχ (A)
* = Yo rue + y • Δt + (Δy0 + Δvy • Δt) = Ry true + ΔRy ( B )
it den Fehlern ΔRX, ΔRy. Nach Umformung erhält man
Rχtme = R est - ΔRX = Rxest - (Δx0 + Δvx • Δt) ( a )
Rytrue = Ryest ~ Ry = Ryeεt - (ΔYo + Δ y • Δt) ( b )
Daraus wird der geschätzte Peilwinkel Best berechnet:
Die wahre Position Ptrue ist bestimmt, wenn die Fehler
ΔRX = Δx0 + Δvx • Δt und ΔRy = Δy0 + Δvy • Δt gleich Null sind.
Dann sind die Geschwindigkeitskomponenten vx und vy richtig geschätzt, die zur Einnahme der neuen wahren Position Ptrue des Ziels geführt haben. Der zugehörige geschätzte Peilwinkel Best ist gleich dem wahren Peilwinkel Btrue und beträgt:
ra _ E — ^ ^.„i. ^ X0true "*" Vxtrue * Δ XE _ ß est - ^true - arctan — -
Yotru. + Vytrue * Δt - yE
Die Zieldaten P=(x0, y0, vx, vy) sind richtig geschätzt, wenn der Fehlervektor gleich Null ist:
ΔP = (Δx0, Δy0, Δvx, Δvy) = 0 mit
ΔPi = Δx0, Δp2 = Δy0, Δρ3 = Δvx und Δp4 = Δvy. Für die Zieldatenbestimmung wird die Peilwinkeldifferenz zwischen geschätztem und gemessenem Peilwinkel minimiert:
( Biest - Bimess ) = min
Die Zielposition Ptrue ist bis auf einen Restfehler, der durch eine das Minimum bestimmende Schwelle festgelegt wird, bestimmt. Dann ist
->iest Bitrue
Das Einbeziehen einer geschätzten Dopplerfrequenz macht eine Positionsschätzung ohne Eigenmanöver durch gleichzeitiges Minimieren einer Frequenzdifferenz zwischen gemessener Empfangsfrequenz und geschätzter Dopplerfrequenz unter Berücksichtigung der Peilwinkelschätzung gemäß I möglich.
Das Ziel hat die Anfangsposition P0 mit der Geschwindigkeit = ι gemäß Fig. 2 verlassen. Bei Kenntnis des wahren Peilwinkels Btrue werden die Geschwindigkeitskomponenten vx und vy des Ziel in eine radiale Geschwindigkeitskomponente VR umgerechnet, die in die Richtung zwischen der Eigenposition xE, VE und der wahren Zielposition Ptrue weist.
VR = VR ' + VR" = Vy . COS Btrue + Vx s in BtrUe ( c )
Diese radiale Geschwindigkeitskomponente VR berücksichtigt die vorzeichenrichtig addierten radialen Geschwindigkeitskomponenten des Ziels VRZ und des Trägerfahrzeugs VRE
VR = VRE - VRZ (d) Wegen der radialen Geschwindigkeitskomponente VR wird eine im Sendesignal oder im Geräusch des Ziels enthaltene und ausgesendete Sendefrequenz Fstrue frequenzverschoben und eine dopplerbehaftete Sendefrequenz als Empfangsfrequenz FtrUe empfangen, wie im Kapitel 7.4 "Der Dopplereffekt", Seite 334, 335 in dem "Lehrbuch "'Experimentalphysik ϊ ", 2. Teil, 'Edgar Lüscher, Hochschultaschenbuch, Bibliographisches Institut, Mannheim. 1967 beschrieben, gilt für die Dopplerfrequenz:
Über eine Reihenentwicklung erhält man nach Einsetzen von Gl . (d) für die Empfangsfrequenz, die gleich der wahren dopplerbehafteten Sendefrequenz ist:
Ft = F vD rue strue (XX)
Die Empfangsfrequenz ist abhängig von einer Quotientenfunktion, die proportional der radialen Geschwindigkeitskomponente VR ist:
Q = — (XXI ; c
Die radiale Geschwindigkeitskomponente VR ist gemäß Gleichung (c) abhängig von den Geschwindigkeitskomponenten in x- und y- Richtung vx und vy und vom Peilwinkel Btrue:
VR = VR ' + VR" = Vy • COS Btrue + Vx sin Btrue ( c ) Die Geschwindigkeitskomponenten vx und vy sich gleich der zeitlichen Änderung der x-y-Koordinaten des Ziels:
dR v _ — Λχtruβ dt
& dRytrue „ R vy - dt - K^
Mit den Gleichungen (a) und (b) erhält man:
v R '•xtrue = R xest - ΔR. (e)
Vy = R ytrUe = Ryest - ΔRy (f)
Unter Hinzuziehung des wahren Peilwinkels Btrue zwischen der Bezugsrichtung N0 und der Richtung zur wahren Zielposition
Ptrue
sin Btrue xtrue
= (g) Rtrue
•D cos Btrue _ ytrue
(h)
Rtrue
erhält man mit den Gleichungen (a) und (b) für die wahre Entfernung RtrUe zum Ziel
true — - Rx true "*" y true
Rtru = (Rxest ~ Rχ)2(Ryest ~ ^yΪ {^ dabei ist
ΔRV = Δxn + Avv • Δt
ΔRy = Δy0 + Δvx • Δt .
In Gleichung (c ) für die radiale Geschwindigkeitskomponente VR werden jetzt die Gleichungen (e) , (f) , (g) , (h) und (i) eingesetzt, und man erhält für die Dopplerverschiebung die Quotientenfunktion
Q = -S- (XXI) c
in Abhängigkeit vom Fehlervektor ΔP = (Δx0, Δy0, Δv„, Δvy)
Q(ΔP) = - (R t ~ ΔRχ ) (Rxβst - AR,) + (Ryest - ΔRy) (Rye5t - ΔRy) C (R-«t ' ΔR*)2 + (Ry-t - Ry)2
(XXII;
Die Sendefrequenz Fs, die vom Ziel abgestrahlt wird, wird mit einem Fehler ΔFS geschätzt.
F ^sest = F c strue + ^ Δ LΛFi- s
p ~ p _ Λp strue sest s
und zusammen mit der Quotientenfunktion Q gemäß Gleichung XXII in die Gleichung XX für die Empfangsfrequenz, die gleich der wahren Dopplerfrequenz Ftrue ist, eingesetzt. ^tr e — lasest Δ SJ 1 - Q(ΔX0, Δy0, Δvx, Δvy) (XXIΪΪ :
Die Dopplerfrequenz Ftrue wird mit einer Fehlerdifferenz ΔF als Fehler geschätzt.
Ftrue ~~ -^es F
und in Gleichung XXIII eingesetzt. Für jede Peilwinkelmessung i muß die Dopplerfrequenz aus der geschätzten Position ermittelt werden:
Fiest ~ ΔF± = Gi(ΔP) = (FS6st - ΔFS) 1 - Q(Δx0, Δy0, Δvx, Δv ) (XXIV)
Der Fehlervektor ΔP ist um einen weiteren Fehlerterm ΔFS für die Schätzung der Sendefrequenz Fsest zu erweitern:
ΔP, = (Δx0, Δy0, Δvx, Δvy, ΔFC) (XXV)
Um diesen Fehlervektor ΔP wird zum Schätzen der Dopplerfrequenz die Schätzgleichung XXIV in eine Taylorreihe entwickelt und nach dem zweiten Glied abgebrochen:
Dabei ist die geschätzte Dopplerfrequenz Fiest gleich der gemessenen Empfangsfrequenz Fimess für ΔP=0:
(XXVII) Gleichung XXVII wird in Gleichung XXVI eingesetzt und man erhält für die geschätzte Dopplerfrequenz:
Fiest = Gi(ΔP) = Fimess + ΔP,
eine Summe, die gleich der gemessenen Empfangensfrequenz Fimess zuzüglich der Frequenzdifferenz ΔF ist.
Gi ( ΔP ) = Fimess + ΔFi = Fiest
ΔFi '— Fimess ~ F iest ■
Zum Bestimmen der Dopplerfrequenz muß die Frequenzdifferenz ΔFi minimiert werden:
ΔF, ΔP, (XXVIII ;
ΔF, - ∑ gu ■ ΔP, - Fimess - F; iest ( IXXX )
1 = 1
Durch partielle Differentiation der Schätzgleichung XXIV, in welche die Quotientenfunktion Q(ΔP) entsprechend Gleichung
XXII eingesetzt wird, nach dem Fehlervektor ΔPi gemäß Gleichung XXV erhält man für die Frequenzkoeffizienten gι folgende Beziehungen:
"Sest xiest * ( xlest ' Rxiest + Ryiest ' Ryiest > iil R xiest XXXI
R iest x • R;_2 9i2 = XXXI I
-sest gi3 = R xiest + g il Δt, XXXII I
R iest
' sest gi = Ryiest + i2 ' Δtj XXXIV
R<
R • R 4- R • R
^ ies 1 xiest τ Ryiest Ryiest gi5 = - 1 XXXV c • R^.«.
Sämtliche Frequenzkoeffizienten gü werden mit dem jeweiligen Fehler des Fehlervektors ΔPX gemäß Gleichung IXXX multipliziert und die Frequenzdifferenz durch Schätzen der x- y-Koponenten der Position des Ziels zusammen mit der Peilwinkeldifferenz gemäß Gleichung I iterativ minimiert.
Der geschätzte Peilwinkel nach Gleichung I
BJa.t «= arctan -^s« R^ IV
Ryis, - ΔRyi
wird ebenfalls in eine Taylorreihe um den Fehlervektor ΔPi (Δx0, Δyo,ΔVx, Δvy) entwickelt, der zwar nicht den Frequenzfehler ΔFS enthält, aber ansonsten gleich den in Gleichung XXV aufgegebenen Fehlervektor ist, und nach dem zweiten Glied abgebrochen:
+ £ 9Biest
Biest(ΔP) - Biest | ΔP=0 + ∑ "-^ | ΔP=0 • ΔP, =ι ÖΔP, Mit
dB iest
ΔP=0 β h il
5ΔP,
als Teilkoeffizienten erhält man ;
B1 βB,(ΔP) - B iest | ΔP=0 '= ∑ h„ • ΔP, , V
1=1
dabei ist der geschätzte Peilwinkel Biest gleich dem gemessenen Peilwinkel BimeSs, wenn der Fehlervektor ΔP gleich Null ist.
μ> ja
Diest | ΔP≡0 ~ Dimess VI
Die Teilkoeffizienten h„ in Gleichung V werden durch partielle Differentiation des geschätzten Peilwinkels Biest gemäß IV nach den Wegfehlern und
Geschwindigkeitskomponentenfehlern des Fehlervektors ΔP = (Δx0, Δy0, Δvx, Δvy) bestimmt:
Li„l = arctan Rvi_,t - ΔR„ 9Xπ R yiest ΔR v1 ,
Ryiest i,l
(Rxiest ) + (Ryiest f Die Differentiation nach ΔP2 = Δy0 ergibt den Teilkoeffizienten:
dB, R xiest h H<l, = \ 2 )
5Δyc ΔP=0 (Rxiest ) + (Ryiest /
Die Koeffizienten hi3 und hi4 erhält man durch partielle Differentiation nach den Geschwindigkeitskomponentenfehlern Δvx = ΔP3, Δvy = ΔP und Einsetzen von (1) und (2)
dB h iest xi„3 « | ΔP=0 Δt, • h dΔv il ( 3 )
h 1i4 . aB—
SΔv ΔP=0 ^ Δt, • h it 2 ( :
Die Teilkoeffizienten hi3 und hi4 sind gleich dem Produkt aus
Zeitintervall Δti und den vorher bestimmten Teilkoeffizienten h., und hi2.
Durch Einsetzen von (1), (2), (3), (4) in Gleichung V erhält man die Peilwinkeldifferenz D und deren Quadrat δ:
δ = B, B„ - Σ ü • ΔP, VII
1=1
Die Schätzgleichung für die Zieldaten wird mit den Gleichungen VII und IXXX gebildet. Mit jeder Messung und Schätzung i des Peilwinkels Bimess, Biest und Messung der Empfangsfrequenz Fimess und Schätzung der Doppierfrequenz Fiest wird iterativ über 1 Messungen und Schätzungen das Minimum bestimmt:
~ Biest > + (FimeSs - Fiest = ή
∑ ∑ [hu • ΔP, + ∑ [g„ • ΔP,f = mm XXX i=l .1=1 1 = 1
Die dem Minimum zugrundeliegenden geschätzten Zieldaten geben Position, Geschwindigkeit und Kurs des Ziels mit dem Zieldatenvektor P =(x, y,vx, vy, F) an.
Fig. 3 zeigt ein Frequenzdiagramm mit Empfangsfrequenzen Fzi Fz2 Fz3, Fz über der Zeit t von vier Zielen, die alle die gleiche Sendefrequenz Fs = 1000 Hz abstrahlen. Jede Empfangsfrequenz Fzι, F2 , Fz3, Fz4 setzt sich aufgrund der relativen, radialen Geschwindigkeitskomponente VR von Trägerfahrzeug und Ziel aus einem Zielanteil und einem Eigenanteil zusammen. Der Frequenzhub während des An- und Ablaufens des Ziels ist bei konstanter Fahrgeschwindigkeit jedes Ziels abhängig vom gemessenen Peilwinkel Bmess. An dem Ort, wo die Empfangsfrequenzen FZEι, FZE2, FZ3, Fz4 gleich der Sendefrequenz Fs = 1000 Hz sind, ist die radiale Geschwindigkeitskomponente gleich Null und der Ort der nächsten Annäherung CPA erreicht. Für das erste Ziel Zi ist die Dopplerverschiebung der Sendefrequenz Fs und damit der Frequenzhub der Empfangsfrequenz Fzχ von 3 Hz und die Passierzeit des CPA von 7 min. am kleinsten. Für das vierte Ziel ist die Dopplerverschiebung und der Frequenzhub der Empfangsfrequenz Fz4 am größten, da das vierte Ziel sich der empfangenden Wandleranordnung auf einem Kollisionskurs nähert. Der Frequenzhub entspricht der Quotientenfunktion Q gemäß Gleichung XXI und XXII bzw. der relativen, radialen Geschwindigkeitskomponente VR zwischen Ziel und Trägerfahrzeug .
Der Schätzgleichung XXX werden in jedem Zeitintervall Δt gemessene Peilwinkel Bimess und Empfangsfrequenzen Fimess zugrundegelegt und daraus die Peilung, Entfernung, Geschwindigkeit und Kurs des Ziels als Zieldaten iterativ bestimmt .
Fig. 4 gibt Fehlerplots für eine Zieldatenbestimmung an, bei der zu Beginn der Fahrt die Entfernung zum Ziel 20 km, die Peilung zum Ziel B0 = 0° gegenüber der Nordrichtung N0, die Geschwindigkeit 11,3 m/s = 22 kts, der Kurs des Ziels 155°, der Eigenkurs des Trägerfahrzeugs 25° und seine Geschwindigkeit 6 kts betragen.
Fig. 4a zeigt, daß die Peilfehler während der gesamten Fahrt innerhalb eines Fehlerschlauchs von + 0,5° liegen. Der relative Entfernungsfehler ΔR/% über der Zeit ist in Fig. 4b angegeben. Die Schätzung der Entfernung R konvergiert nach 15 min. und weist bei einer Mittelung über 20 Monte-Carlo-Runs nach 20 min. eine Streuung von weniger als + 10 % auf, ohne daß ein Manöver gefahren wurde. Der Geschwindigkeitsfehler ist in Fig. 4c gezeigt, er liegt nach 17,5 min. bei einer Zielgeschwindigkeit von 11,3 m/s. in einem Fehlerschlauch von + 1 m/s. Der Kurs ist bereits nach 10 min. stabil bestimmt und liegt in einem Fehlerschlauch von K = + 10°, wie in Fig. 4d gezeigt. Eine Verfälschung der Messung des Peilwinkels Bimess durch einen systematischen Peilfehler θ wird durch Einbeziehung einer Mittelwertbildung der gemessenen und geschätzten Peilwinkel während der Fahrt des Trägerfahrzeugs mit konstantem Kurs und konstanter Geschwindigkeit längs eines sog. Eigenlegs eliminiert . Dieser systematische Peilfehler θ tritt beispielsweise dann auf, wenn die Bezugsrichtung No r z . B. durch fehlerhafte Lagebestimmung der Wandleranordnung nicht exakt in die Nordrichtung No weist, wie in Fig. 2 gezeigt . Der systematische Peilfehler θ kann durch Fehler in der Kompaßanzeige, durch Schalleinfall in einem Neigungswinkel zur Peilebene oder bei Verwendung einer Schleppantenne durch Wasserströmungen oder Strömungseinflüsse des Propellers des schleppenden Trägerfahrzeugs hervorgerufen werden . Der Peilwinkel B mβSs wird jetzt gegen die fehlerhafte Nordrichtung N0 ' gemessen und ist um den Peilfehler θ zu groß .
Zur Eliminierung des systematischen Peilwertes θ, wird ein Peilwinkelmittelwert über l Messungen des Peilwinkels Bimess gebildet , die im Abstand des Zeitintervalls Δti gemessen werden .
D Rimess k - ~ — . , öi 1k i=l
und ein Schätzwinkel-Mittelwert des geschätzten Peilwinkels Bies gemäß Gleichung I gebildet : BBepsst4.
II
Anschließend wird als Schätzdifferenzwert die Differenz aus dem aktuell geschätzten Peilwinkel Biest nach Gleichung I und dem Schätzwinkel-Mittelwert Best gemäß Gleichung II je Eigenleg k gebildet:
F — Biest Best I I I
R — ΔR R — ΔR
Fk = arctan ^*£ =^ - arctan ^^ — -=^- IV
Ryxest " ΔRyι Rxest - ΔRy
Der Schätzdifferenzwert F wird in eine Taylorreihe um dem
Fehlervektor ΔPi = (Δx0,Δy0,Δvx,Δvy) entwickelt und nach dem zweiten Glied abgebrochen:
F,k(ΔP) ΔP=0 + ΔP,
SöΔP, ΔP=0
Mit
ΔP=0 = vIikl
ÖΔP,
als Koeffizienten erhält man;
F*(ΔP) - F*|Δp=0 * ∑γ., • ΔP,, V
1=1 dabei ist
=ι ΔP=0 B — imess - B — mess VI
der Meßdifferenzwert aus aktuell gemessenem Peilwinkel Bιme und dem Peilwinkel-Mittelwert aller auf einem Eigenleg k gemessenen Peilwinkel Bmess. Die Koeffizienten γ*, in Gleichung V werden durch partielle Differentiation des Schätzdifferenzwerts Fx gemäß IV nach den Wegfehlern und Geschwindigkeitskomponentenfehlern des Fehlervektors ΔP = (Δx0, Δy0, Δvx, Δvy) bestimmt. Die Koeffizienten γk, setzen sich aus den Teil-Koeffizienten h, und dem zugehörigen
Mittelwert h, zusammen. Die Teilkoeffizienten hl sind in den Gleichungen (1), (2), (3), (4) abgeleitet worden. Die koeff izienten lauten:
γk„ = - h. (6)
Durch Einsetzen der Koeffizienten γ^ in Gleichung V erhält man die Differenz aus dem Schätzdifferenzwert Fk gemäß III und dem Meßdifferenzwert Fk|ΔP=0 gemäß VI als Peilwinkeldifferenz : Di
Die Peilwinkeldifferenz gemäß Gleichung VIII und die Frequenzdifferenz gemäß Gleichung IXXX werden der Zieldatenbestimmung zugrundegelegt und über ik Messungen und Schätzungen iterativ eliminiert:
Fig. 5 zeigt Fehlerplots bei einer Schätzung der Zieldaten gemäß Gleichung VIII, bei dem vom Trägerfahrzeug Eigenmanöver gefahren werden müssen, da keine Frequenzmessungen und Schätzungen zut Zieldatenanalyse hinzugezogen wurden.
Fig. 5a zeigt über der Zeit t den systematischen Peilfehler θ. Er beträgt während des Durchfahrens eines ersten Eigenlegs ungefähr 1,2°. Das erste Eigenmanöver Ml ist dadurch gekennzeichnet, daß der Peilfehler von -1,2° auf + 1,2° nach Abschluß des Manövers und durchfahren des zweiten Eigenlegs gesprungen ist. Beim nächsten Eigenmanöver M2 nach 8 min springt der Peilfehler auf ca. -1,2° und bleibt unverändert während der Messungen längs des nächsten Eigenlegs. Die Eigenmanöver Ml, M2, ...M5 sind jeweils durch senkrechte Striche im oberen Bereich des Fehlerplots angegeben und durchnumeriert. Nach 15 min und drei Eigenmanövern sind Entfernungsfehler ΔR/% gemäß Fig . 5b , Geschwindigkeitsfehler Δv/m/s gemäß Fig . 5c und Kursfehler K daß gemäß Fig . 5d innerhalb eines üblichen Fehlerschlauchs .
Fig . 6 zeigt ein Blockschaltbild einer Sonar-Empfangsanlage zum Bestimmen der Zieldaten P mit einer adaptiven Fiiteranordnung zur Auswertung gemessener Peilwinkel BimeSΞ und Empfangsfrequenzen FimeSs . Empfangssignale einer Wandleranordnung 10 werden in einem Richtungsbildner 11 durch Laufzeit- oder Phasenkompensation zu Gruppensignalen zusammengefaßt und ein Ziel unter einem Peilwinkel Bimess mit einer Meßschaltung 12 detektiert . Die Meßschaltung 12 wird von einer Steuerschaitung 13 im Abstand von Zeitintervalien Δti angesteuert . Die gesamte Signalverarbeitung erfolgt im Abstand der Zeitintervalle Δti . Der Meßschaltung 12 ist eine Schätzschaltung 15 nachgeordnet , die als weitere Eingangsdaten die Nordrichtung aus einer Kompaßeinrichtung 16 als Bezugsrichtung N0, die Eigenposition xE yE der Wandleranordnung 10 aus einer an Bord befindlichen Navigationsanlage 17 , eine Anfangsposition Po = (xo, Yo) des Ziels aus einer Startzustandsschaltung 18 ,
Geschwindigkeitskomponenten V X und ViY in x- und y-Richtung sowie einen Fehlervektor ΔP0 = (Δx0, Δy0, Δvx, Δvy, ΔFS) aus einer Schätzanordnung 20. Aus diesen Eingangsdaten werden in der Schätzschaltung 15 entsprechend den Schätzgleichungen (A) und (B) Wegkomponenten RXiest, Ryiest und Wegfehler ΔRxi, ΔRyι geschätzt . Aus diesen Schätzwerten wird in einer Arcustangensschaltung 21 ein geschätzter Peilwinkel Biest gemäß Gleichung I berechnet . In einer Peilwinkeldifferenzschaltung 23, die der Schätzschaltung 15 nachgeordnet ist, werden die von den geschätzten Wegkomponenten RXiestr Ryiest und ihren Fehlern ΔRx, ΔRy abhängigen Teilkoeffizienten h„ gemäß Gleichungen (1), (2), (3), (4), sowie deren Mittelwerte h, gebildet, um daraus die Koeffizienten γk, gemäß Gleichungen (5), (6), (7), (8) zu errechnen und zu Peilwinkeldifferenzen gemäß den Schätzgleichung VII und VIII zusammenfassen:
δl = B, - B iest = ∑ hu • ΔP, VI I
1=1
»i =
Über i=lκ Messungen je Eigenleg, deren Zahl I in einer Steuerschaltung 60 vorgegeben wird, werden die gemessenen und geschätzten Peilwinkel Bimess und Biest ausgewertet. Die Zeitdauer lk • Δt gibt die Filterlänge an.
Die Gruppensignale am Ausgang des Richtungsbildners 11 werden in einer Frequenzanalyse-Schaltung 24 analysiert. Die ermittelte Empfangsfrequenz wird einer Frequenzdifferenzschaltung 25 zugeführt, die der Schätzschaltung 15 nachgeordnet ist. Aus den geschätzten Wegkomponenten RXiestr Ryiest und ihren zeitlichen Änderungen Riet und R yis sowie den Fehlern ΔRxi, ΔRy± und ΔRxi und ΔRyi wird die Frequenzdifferenz ΔFi entsprechend der Schätzgleichung IXXX ermittelt: ΔF, = ∑ g • ΔP, imess c iι ( IXXX)
1=1
Die Ausgänge der Peilwinkeldifferenzschaltung 23 und der Frequenzdifferenzschaltung 25 sind mit einer
Iterationsschaltung 30 verbunden, in der iterativ das Minimum der Summe aus Peilwinkeldifferenz und Frequenzdifferenz oder ihrer quadrierten Differenzwerte entsprechend den Schätzgleichungen
Σ ∑ [ u • ΔP,} + ∑ [gu • ΔP,f = mm (XXX )
1=1 .1=1 1=1
und
F imess - F lest
(XL )
gebildet wird. Die Minimierung wird solange durchgeführt, bis der Fehlervektor ΔPi eine untere Schwelle ΔPi kleiner gleich ΔPma.n unterschreitet.
Zu jedem gemessenen Peilwinkel Bimess werden in der Schätzschaltung 15 Wegkomponenten Rxest und RyeΞt sowie Wegfehler ΔRX und ΔRy solange ermittelt, bis der Fehlervektor ΔPi eine untere Schwelle ΔP, < ΔPmιn unterschreitet. Bis auf einen durch die Schwelle festgelegten Restfehler sind dann der geschätzte Peilwinkel Best gleich dem wahren Peilwinkel Btrue und die geschätzten Weg- und Geschwindigkeitskomponenten Rxest, Ryes vxest, vyest gleich den wahren Weg- und Geschwindigkeitskomponenten Rytrue, ytruer vxtruer vytrue und die geschätzte Dopplerfrequenz Fiest gleich der wahren Dopplerfrequenz Ftrue- Die dafür eingesetzte Schwellenschaltung 31 ist der Iterationsschaltung 30 nachgeschaltet und steuert die Schätzanordnung 20 an. Bei Unterschreiten der Schwelle ΔPmin werden die Zieldaten P in einer Anzeige 100 dargestellt.
Fig. 7 zeigt den zeitlichen Verlauf der gemessenen Empfangsfrequenz Fzι einer vom Ziel abgestrahlten Spektrallinie mit der Sendefrequenz Fs = 10ÖÖ Hz, wenn mit dem Trägerfahrzeug der Wandleranordnung ein Eigenmanöver gefahren wird. Für die Messung ist das Manöver Ml der Schleppantenne maßgeblich, das zu einer Zeit t = 15 min eingeleitet wird, nachdem das Ziel zur Zeit t = 7,5 min den Ort größter Annäherung CPA erreicht hatte, bei dem die Empfangsfrequenz Fzι gleich der Sendefrequenz Fs ist. Zu Beginn der Messung betrug die Empfangsfrequenz Fzl = 1003,8 Hz und nach 15 min 996,3 Hz. Zu diesem Zeitpunkt beginnt sich die Schleppantenne aufgrund des Eigenmanövers Ml zu drehen und die Empfangsfrequenz Fzl steigt wieder auf 998 Hz an. Am Ende des Eigenmanövers nimmt die Empfangsfrequenz Fzι über der Zeit t wieder ab.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren unter Hinzuziehen des zeitlichen Verlaufs der Empfangsfrequenz Fzi gemäß Fig. 7 bestimmten Zieldaten sind den Diagrammen in Fig. 8 zu entnehmen. In dem zugrundeliegenden Szenario wird, wie Fig. 7 zeigt, nach 15 min das Eigenmanöver durchgeführt. Fig. 8a zeigt, daß bereits nach 3 min der Kurs des Ziels, der zwischen 28° und 34° liegt, stabil geschätzt wird. Fig. 8b zeigt die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren geschätzte Entfernung R zum Ziel, die ebenfalls nach weniger als 2,5 min konvergiert. Man sieht, daß die Entfernung R innerhalb der ersten Minuten abnimmt und nach 7,5 min der CPA erreicht ist. Anschließend wird die Entfernung R zum Ziel wieder größer.
Fig. 8c zeigt den Verlauf der geschätzten Sendefrequenz Fs « 1000Hz über der Zeit. Nach 15,5 min ist die Kurve unterbrochen, weil zu diesem Zeitpunkt das Eigenmanöver Ml der Schleppantenne eingeleitet wird und während dieses Kursmanövers Ml keine Meßdaten ausgewertet werden. Aus Fig. 8d ist ersichtlich, daß bereits nach 3 min die Geschwindigkeit v/m/s des Ziels sicher geschätzt wird, die zwischen 4,8 und 5,1 m/s schwankt.
Für die Ermittlung der Zieldaten in Fig. 8 wurde eine Filterlänge von 30 min benutzt, d.h. gemessene Peilwinkel Bimess und Empfangsfrequenzen Fimess, die älter als 30 min sind, wurden nicht mehr verwendet. Die Zieldatenplots in Fig. 8 zeigen aber, daß durch Ausnutzen von Frequenzinformationen die Zieldaten in weniger als 5 min sicher geschätzt werden können, so daß man auch mit einer Filterlänge oder Zeitdauer von z.B. 5 min arbeiten kann. Das hat bei Zielmanövern den Vorteil, daß ohne Bedienungseingriff die Zieldaten 5 min nach dem Zielmanöver wieder sicher geschätzt werden können.
In der Frequenzanalyseschaltung 24 werden die Gruppensignale des mit der Wandleranordnung 10 empfangenen Geräuschs analysiert. Bei Einsatz einer linearen Seitenantenne oder einer Schleppantenne als Wandleranordnung 10 wird beispielsweise ein Lofargramm erstellt, bei dem tieffrequente Spektrallinien des empfangenen Geräusch erkannt und ihre Frequenzen Fi bestimmt werden. Ebenfalls ist bei Verwendung einer Seitenantenne, einer sog. Flank-Array, eine Demon- Analyse der Richtcharakteristiksignale am Ausgang des Richtungsbildners 11 durchzuführen, bei der das empfangene Geräusch nach einer Bandpaßfilterung demoduliert wird. Die modulierende Frequenz wird analysiert und liefert Spektrallinien bei den gleichen Frequenzen wie das Lofargramm. Dieses Spektrum mit Grundfrequenz und ihren Harmonischen wird durch die Drehzahl des das Wasserfahrzeug antreibenden Propellers verursacht.
Die Spektralanalyse liefert zu Beginn des Szenarios beispielsweise gemessenen Frequenzen Fi = 1045 Hz und F2 = 1005 Hz zweier Spektrallinien. Ihren zeitlichen Verlauf zeigt Fig. 9. Beide gemessenen Frequenzen Fi und F2, die zu den unbekannten, abgestrahlten Sendefrequenzen Fsι = 1000 Hz und Fs2 = 1040 Hz gehören, stammen vom gleichen Ziel und sind somit prozentual mit der gleichen Dopplerverschiebung behaftet. Sie werden zu einer Kunstspektrallinie zusammengefaßt und dann der Zieldatenanalyse zur Auswertung zugeführt. Die fiktive Spektralfrequenz der Kunstspektrallinie wird beispielsweise mit Funst = 1030 Hz festgelegt. Zur Ermittlung der Empfangsfrequenz Fimess werden mehrere im Zeitabstand Δt gemessenen Frequenzen Fi erfaßt, zusammengefaßt und für gültig erklärt. Diese gültige Frequenz Fgι wird zur Transformation der gemessenen Frequenzen Fu benutzt, indem die fiktive Spektralfrequenz Fkunst durch die gültige Frequenz Fgl geteilt und mit der momentan gemessenen Frequenz Fu multipliziert wird. So erhält man Frequenzwerte der auf die Kunstspektrallinie transformierten Frequenz Fiα als Meßwerte der Empfangsfrequenz Fimess, die in sehr engen Grenzen um die fiktive Spektralfrequenz Fkunst = 1030 Hz schwanken. F kl cimeεs ._, ' Eli
Fgi
Die zweite gemessene Frequenz F2 beträgt 1005 Hz und wird auf die gleiche fiktive Spektralfrequenz Fkunst = 1030 Hz umgerechnet, indem die fiktive Spektralfrequenz FkUnst = 1030 Hz durch die aus gültigen Messungen stammende Frequenz Fg2 geteilt und mit der momentan gemessenen Frequenz F2i multipliziert wird:
F = F = Fkunst ^ p rk2 cimess _ E2i cg2
Fig. 9 zeigt neben den gemessenen Frequenzen Fu und F2i die transformierten Frequenzen Fkl und F2 über der Zeit t, die einen Offset von ca. 2, '7 Hz als Abweichung zueinander aufweisen. Die transformierte Frequenzen Fk2 wird um die mittlere Abweichung in Richtung der transformierten Frequenz Fki verschoben oder umgekehrt. Das Ergebnis zeigt Fig. 10. Der Verlauf der Spektralfrequenz Fk wird als Empfangsfrequenz imess der Zieldatenanalyse zugeführt.
Ergebnisse der Zieldatenanalyse unter Hinzuziehung der Spektralfrequenz Fk als Empfangsfrequenz Fimess zeigen die Diagramme in Fig. 11. Fig. 11a zeigt den Peilwinkel B über der Zeit t/min. Bis zum ersten Manöver Ml nach 8 min sind bereits die ersten Entfernungsschätzungen zum Ziel stabil, wie Fig. 11b zeigt. Die Entfernung R zwischen Trägerfahr∑eug mit Wandleranordnung und dem Ziel beträgt nach 5 min 7 km. Fig. 11c zeigt die Geschwindigkeit v/m/s des Ziels über der Zeit t, die ebenfalls nach 3 min stabile Werte von 3m/s bis 5m/s annimmt. Nur der Kurs ist in dieser Zeit noch nicht klar bestimmbar, wie Fig. lld zeigt. Aber auch bevor das erste Manöver Ml gefahren wird, ist der Kurs nach 7 min. sicher geschätzt. Nach 8 min. führt das Trägerfahrzeug ein
Geschwindigkeitsmanöver M2 durch. Sämtlichen Zieldatenplots 11a - llc ist zu entnehmen, daß dieses
Geschwindigkeitsmanöver M2 die Zieldatenschätzung nicht stört, sondern die bisherigen Werte bestätigt. Nach 4 min ist das Manöver M2 beendet. Dieses Geschwindigkeitsmanöver M2 führt durch Veränderungen der radialen Geschwindigkeitskomponente VR zu einer Veränderung der Doppierverschiebung und damit der Empfangsfrequenz Fmess. Diese Änderung macht sich nicht negativ bei der Zieldatenanalyse bemerkbar. Auch das zweite
Geschwindigkeitsmanöver M2 nach 19 min. führt nicht zu einem Verlust der Zieldatenbestimmung. Nach 29 min führt das Trägerfahrzeug ein Kursmanöver durch, d. h. der fahrzeugbezogene Peilwinkel zum Ziel ändert sich und die Peilwinkeländerung ist sehr groß. Während dieser Zeit ist eine stabile Schätzung des Peilwinkels nicht möglich, wie die Lücke in der Kurve in Fig. 11a zu entnehmen ist. Nach Beendigung des Manövers M3 ist ab 32,5 min wieder eine stabile Schätzung des Peilwinkels gegeben. Dieses Kursmanöver M3 stört jedoch weder die Kursbestimmung k des Ziels gemäß Fig. lld, noch die Entfernungsschätzung R gemäß Fig. 11b und auch nicht die Geschwindigkeitsbestimmung gemäß Fig. llc.
Zusammenfassend ist festzustellen, daß aus den Zieldatenplots gemäß Fig. 11 deutlich hervorgeht, daß die ersten Zieidatenschätzungen ohne Eigenmanöver in einer Konvergenzzeit von weniger als 7 min. erreicht sind und daß Geschwindigkeits- und Kursmanöver vom Trägerfahrzeug die Konvergenzzeit der Zieldatenschätzung nicht verlängern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
Verfahren zum passiven Bestimmen von Zieldaten durch richtungsselektiven Empfang von Schallwellen, die von einem Ziel abgestrahlt oder gesendet werden, mit einer elektroakustischen Wandleranordnung einer Sonar- Empfangsanlage auf einem Trägerfahrzeug aus geschätzten Peilwinkeln, die aus geschätzten Positionen des Ziels ermittelt werden, und gemessenen Peilwinkeln, wobei die Peilwinkeldifferenz zwischen gemessenem und geschätztem Peilwinkel iterativ minimiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die unter dem Peilwinkel empfangenen Schallwellen einer Frequenzanalyse unterzogen werden und die Frequenz mindestens einer Spektrallinie als Empfangsfrequenz (Fimess) bestimmt wird, daß eine Frequenzdifferenz (ΔFi) der Empfangsfrequenz (FimeΞs) von einer geschätzten Dopplerfrequenz (Fiest) ermittelt wird, daß die geschätzte Dopplerfrequenz (Fiest) aus einer geschätzten vom Ziel abgestrahlten Sendefrequenz (Fsest) und einer Dopplerverschie'bung (Q) aus geschätzten Zielpositionen (RXiest, Ryiest), die zur Ermittlung des geschätzten Peilwinkels (Bimess) herangezogen werden, und deren zeitlichen Änderungen ( Rxiest, Ryiest ) in Peilrichtung bestimmt wird und daß das Minimum der Summe aus Peilwinkeldifferenz (δ±, δ, ) und Frequenzdifferenz (ΔFi) oder ihrer quadrierten Differenzwerte iterativ bestimmt wird, p imess — F £iest = mm
wobei die bei Erreichen des Minimums geschätzte Position die Zieldaten liefert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsfrequenz mit einer Lofar-Analyse bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsfrequenz mit einer Demon-Analyse bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß gemessene Frequenzen mehrerer Spektrallinien zusammengefaßt werden und Meßwerte der Empfangsfrequenz (FxmeSs) bilden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß gemessene Frequenzen mehrerer Spektrallinien individuell auf Frequenzwerte einer fiktiven Spektralfrequenz einer gemeinsamen Kunstspektrallinie transformiert werden und Meßwerte der Empfangsfrequenz Fmess bilden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die fiktive Spektralfrequenz die gemessene Frequenz einer der empfangenen Spektrallinien ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittelwerte der transformierten Frequenzwerte Meßwerte der Empfangsfrequenz (Fimess) bilden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere quadratische Abweichung aller transformierten Frequenzwerte von einem ausgewählten transformierten Frequenzwert berechnet wird und die transformierten Frequenzwerte um diese Abweichung verschoben werden und Meßwerte der Empfangsfrequenz (Fimess) bilden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß x-y-Komponenten (RXiest - ΔRX ; Ryiest
- ΔRy) aus einer Anfangsposition (xo, yo) zuzüglich einem geschwindigkeitsabhängigen Wegterm [ ( vx + Δvκ) • Δt, (vy + Δvy) • Δt ) ] mit
Geschwindigkeitskomponentenfehlern (Δvx, Δvy) und Wegkomponentenfehlern (Δx0,Δy0) mit deren zeitlichen Ableitungen multipliziert werden und dieses Produkt durch den Betrag der x-y-Komponenten geteilt wird, und eine Quotientenfunktion
Q(ΔP) = - (R*5t - ΔR (Rxe5t - ΔRX) + (Ryest - ΔRy)(Rye5t - ΔRy) c V(R~-t - ΔR )2 + (Ry-t - ΔRy>'
bildet, die gleich der Dopplerverschiebung ist, daß die um einen Sendefrequenzfehler (ΔFS) verminderte geschätzte Sendefrequenz (Fsest) mit der Differenz aus eins und der Quotientenfunktion multipliziert wird und die um die Frequenzdifferenz (ΔFi) fehlerhaft geschätzte Dopplerfrequenz angibt "iest - ΔF, = (Fsest - ΔFS) 1 - Q(ΔX0, Δy0, Δvx, Δvy) ( Xlli;
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehlervektor (ΔP) aus den Wegkomponentenfehlern (Δx0, Δy0) , den Geschwindigkeitskomponentenfehlern (Δvx,
Δvy) und dem Sendefrequenzfehler (ΔFS) gebildet wird, daß die geschätzte Dopplerfrequenz (Fiest - ΔF ) in eine Taylorreihe um den Fehlervektor (ΔP) entwickelt wird, daß ihre Frequenzkoeffizienten durch partielle Differenziation nach dem Fehlervektor (ΔP) bestimmt werden, ihr erstes Glied gleich der gemessenen Empfangsfrequenz (FimeSs) ist und ihr zweites Glied gleich dem Produkt aus Frequenzkoeffizienten (gü) multipliziert mit dem Fehlervektor (ΔP) ist und die Frenquenzdifferenz (ΔFi) zur Bestimmung des Minimums bildet :
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine trigonometrische Funktion aus den x-y-Komponenten (Rxiest - ΔRxi ; Ryiest - ΔRyi) ermittelt wird, daß die Peilwinkeldifferenz durch eine Taylorreihenentwicklung der trigonometrischen Funktion bestimmt wird, daß ein Fehlervektor (ΔPi) aus den Wegkomponentenfehlern (Δx0, Δyo) und den Geschwindigkeitskomponentenfehlern (Δvx, Δvy) die Variablen bei der Taylorreihenentwicklung bildet, daß ihre Teilkoeffizienten (hü) durch partielle Differentiation der trigonometrischen Funktion nach dem Fehlervektor (ΔPi) bestimmt werden, ihr erstes Glied gleich dem gemessenen Peilwinkel (Bimess) und ihr zweites Glied gleich dem Produkt aus den Teilkoeffizienten (hü) multipliziert mit dem Fehlervektor (ΔPi) ist, und die Peilwinkeldifferenz bildet,
B - Biest h„ • ΔP,
daß die Summe aus quadrierter Peilwinkeldifferenz und quadrierter Frequenzdifferenz iterativ minimiert wird und ihr Minimum die Zieldaten liefert.
R imess — R iest F imess - F l.est
h il ΔP, + ∑ gu • ΔP, mm i=l Σ 1 = 1 1=1
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Zeitdauer während einer geradlinigen Bewegung des Trägerfahrzeugs längs eines Eigenlegs eine Zahl (lk) von Peilwinkeln (Bimess) zum Ziel gemessen wird und ein Peilwinkel-Mittelwert ( Bmess ) aus den gemessenen Peilwinkeln (Bimess) bestimmt wird, daß zu jedem gemessenen Peilwinkel (BimesΞ) ein geschätzter Peilwinkel (BieΞt) ermittelt wird, daß ein Schätzwinkel-
Mittelwert (Best)aus den geschätzten Peilwinkeln (Biest) berechnet wird, daß von jedem gemessenen Peilwinkel (Bimess) der Peilwinkel-Mittelwert ( Bmess ) und von jedem geschätzten Peilwinkel (Biest) der Schätzwinkel-
Mittelwert ( Best ) abgezogen werden und einen
Meßdifferenzwert und Schätzdifferenzwert bilden, daß Meßdifferenzwert und Schätzdifferenzwert subtrahiert werden und diese Subtraktion eine von einem systematischen Peilwinkel (θ) freie Peilwinkelabweichung
(D) des geschätzten Peilwinkels (Biest)' vom gemessenen Peilwinkel (Bimess) liefert und daß während der Zeitdauer
( lk • Δt, ) die Summe der Peilwinkelabweichungen (D) und der Frequenzdifferenzen (ΔFi) oder der quadratischen Peilwinkelabweichungen und quadrierten
Frequenzdifferenzen ermittelt werden und daß das Minimum der Summe iterativ bestimmt wird und die Zieldaten liefert:
mi
13. Verfahren nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß die trigonometrische Funktion und ihr Mittelwert gebildet werden, daß die Abweichung oder quadratische Abweichung durch eine
Taylorreihenentwicklung der trigonometrischen Funktion und ihres Mittelwerts nach dem Fehlervektor (ΔPi) bestimmt wird, ihre Koeffizienten (γ ) gleich den Teilkoeffizienten (hü) und ihren Mittelwerten ( h, ) sind, daß ihr erstes Glied gleich dem Meßdifferenzwert und ihr zweites Glied gleich dem Produkt aus den Koeffizienten (γ ) multipliziert mit dem Fehlervektor (ΔPX) ist und die Abweichung (D) bildet, daß die Summe aus quadratischer Abweichung und quadrierter Frequenzdifferenz minimiert wird:
9 ' ΔPι > = mm
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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DE102007022563A1 (de) 2007-05-14 2008-11-27 Atlas Elektronik Gmbh Verfahren zum Peilen eines schallabgebenden Ziels
DE102008030053B4 (de) 2008-06-25 2010-03-18 Atlas Elektronik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum passiven Bestimmen von Zielparametern
DE102011018278B4 (de) * 2011-04-20 2014-12-11 Atlas Elektronik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von Zielparametern
DE102011018305B4 (de) 2011-04-20 2013-10-17 Atlas Elektronik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen und Darstellen von möglichen Zielparametern
DE102011018307A1 (de) 2011-04-20 2012-10-25 Atlas Elektronik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von Zielparametern
FR2975782B1 (fr) * 2011-05-26 2014-02-21 Cggveritas Services Sa Systeme et procede pour positionner par doppler des capteurs sismiques
DE102011117591B4 (de) 2011-11-03 2013-12-24 Atlas Elektronik Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Korrigieren systematischer Peilfehler
CN111505580B (zh) * 2020-04-14 2022-04-15 哈尔滨工程大学 基于方位角和多普勒信息的多平台协同目标定位方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1135826A (en) * 1978-09-08 1982-11-16 Adrian Van't Hullenaar Digital time-delay beamformer for sonar systems
JPS5740664A (en) * 1980-08-26 1982-03-06 Furuno Electric Co Ltd Indicator for detected information
DE3446658A1 (de) * 1984-12-21 1988-11-10 Krupp Atlas Elektronik Gmbh Filter zur bestimmung von zieldaten
US5425136A (en) * 1992-03-23 1995-06-13 Hughes Aircraft Company Three-dimensional maximum a posteriori (map) tracking

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO03001233A1 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2026087A1 (de) * 2007-08-16 2009-02-18 ATLAS Elektronik GmbH Verfahren und Vorrichtung zum passiven Bestimmen von Zieldaten

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